高速水轴承材料的抗空蚀性能研究

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1、隶劫大·粤博士学位论文万方数据高速水轴承材料的抗空蚀性能研究本论文得到国家自然科学基金项目(50775036)的资助。万方数据IIIIIIlqllUlIIIIIIIRillIIIY2758110CAVITATIoNERoSIoNRESISTANCEOFHIGHSPEEDWATER．LUBIUCATEDBEA砒NGADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYCHENGFengSupervisedbyProf

2、．JIANGShu—yunSchoolofMechanicalEngineeringSoutheastUniversityOctober2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：东南大学学位论文使用授权声明东南大

3、学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签：伽IV∞万方数据摘要高速水轴承材料的抗空蚀性能研究研究生：程峰导师：蒋书运教授随着工业旋转机械高速、高精度、高刚度的发展需求，高速水轴承成为学术界竞相研究的热点之一

4、。然而，空蚀是高速水润滑轴承材料的主要失效形式之一，制约着轴承的工作寿命。为了寻求用于高速水轴承的抗空蚀涂层，本文开展了气体渗碳涂层、渗氮涂层、渗Cr3Si涂层、微弧氧化涂层和类金刚石涂层等材料抗空蚀的试样试验研究，并将优选出的试件材料制成实际的水轴承，开发高速水轴承空蚀试验装置，开展水轴承材料抗空蚀的台架试验研究。此外，本文还针对高速水轴承的气水两相紊流润滑理论进行了初步探索。现将论文主要内容及取得的研究成果概括如下：(1)开展高速水轴承材料抗空蚀的试样试验研究。研制了一种旋转圆盘空蚀装置和一种恒压射流空蚀装置，制备了模拟水轴承

5、的试样材料：不锈钢表面低温电弧沉积类金刚石(DLC)涂层、不锈钢气体渗碳涂层、不锈钢气体渗氮涂层、不锈钢表面渗Cr3Si涂层、铝合金微弧氧化(MAO)涂层等，开展其抗空蚀的试样试验研究。试验后，采用称重法测量了试样的失重，并测试了试样表面的空蚀形貌。结果表明：水流机械冲击是造成材料空蚀的主要原因；铜合金、铝合金等传统轴承材料的抗空蚀能力差；奥氏体不锈钢空蚀后的蚀坑数量明显减少，具有较优的抗空蚀性能；不锈钢气体渗氮层、Cr3Si涂层、DLC涂层和MAO涂层均能提高基体的抗空蚀能力。(2)开展高速水轴承材料抗空蚀的台架试验研究。研制了

6、一种用于模拟水轴承实际工况的空蚀试验装置，着重完成了试验轴承部分、高压供水系统和测量系统等的开发工作。在此基础上，研制了类金刚石涂层、奥氏体不锈钢和铅青铜材料的水轴承，开展高速水轴承材料抗空蚀的台架试验研究，试验后测试了水轴承封水表面的的空蚀形貌。结果表明：主轴转速的高速化加剧了轴承材料的空化和空蚀；高速下铅青铜合金水轴承封水面已变得粗糙，出现不规则剥落，形成气孔状深坑和彼此重叠的坑群；奥氏体不锈钢水轴承的抗空蚀能力明显优于铅青铜合金水轴承，而DLC涂层水轴承又使不锈钢基体的抗空蚀能力进一步强化，适应了高速水轴承材料抗空蚀性能的要

7、求。(3)高速水轴承气水两相紊流润滑理论的初步探索。基于考虑界面效应的广义Reynolds方程、气泡力平衡方程和静压水腔的流量平衡方程，建立高速水轴承封水面的气-水紊流润滑模型。采用数值计算方法求解此模型，获万方数据得水轴承的压力分布、气泡浓度分布、承载能力等静态特性参数。结果表明：理论空化区域与试验空蚀形貌吻合较好，本理论模型的计算结果能对水轴承材料的空蚀区域进行有效的预测；相比纯水润滑，气水两相流润滑改变了水膜压力场，影响着水轴承的承载能力。关键词：高速水轴承，MAO涂层，DLC涂层，Cr3Si涂层，抗空蚀II万方数据ABST

8、RACTCavitationErosionResistanceofHighSpeedWater--LubricatedBearingApplicant：CHENGFengSupervisor：JIANGShu—yunAbstractWater-lu